传感器技术、微机电系统、无线通信技术和现代化网络等的进步,促进了具有现代意义的无线传感器网络的出现和发展。无线传感器网络由部署在监控区域内的大量微型廉价传感器节点组成,通过无线通信方式形成自组织网络系统。高效、可靠的路由协议是无线传感器网络正常运行的基础,作为无线传感器网络应用的基础技术,无线传感器网络路由协议的研究具有重要的意义。多径路由协议的研究一直是无线传感器网络领域的研究热点,本文介绍了现阶段多径路由协议的发展现状,并研究了网络编码与矢量场在无线传感器网络中的应用。尽管多径路由技术应用于无线传感器网络时在数据传播的可靠性和网络健壮性方面有其固有的优势,但是多径路由中数据包的冗余度较高,这将导致网络能耗的增加；另一方面,当目的节点不能成功接收数据包时,会启动端到端的重传,这又将导致双倍的传输延迟和更多的能量开销。这些问题成为多径路由技术的不足之处,对多径路由协议的优化研究需要在这些方面做努力。本论文针对上述多径路由协议存在的问题,从路由技术层面解决了无线传感器网络中能量受限与可靠性等问题,比较适合在高可靠性无线传感器网络中应用,对于其他对可靠性要求较高的传感器网络系统也同样适用。基于此,本文主要对针对上述诸问题展开了深入的研究。本文的主要研究内容和创新点包括以下几个方面：(1)本文建立了基于不相交多径路由和缠绕多径路由协议的模型,分别对两种模型进行数学分析与计算。通过仿真,使用成功交付率与标准化冗余度两项指对其性能进行评估。(2)在多径路由协议模型的基础上,引入网络编码技术。建立了基于网络编码的不相交多径路由模型,和基于网络编码的相交多径路由模型。分别对这两种模型进行了数学分析与计算。研究结果表明：采用网络编码后,即使是网络中的部分节点或链路失效,在目的节点仍然能以相当大的概率恢复出原始数据。增强了网络的容错性和鲁棒性。(3)在基于网络编码的不相交多径路由模型,与基于网络编码的相交多径路由模型等两种模型的基础上,引入矢量场技术。本文以一种矢量场论的观点,从消息流角度出发来研究数据包的传输,为整个网络建立负载矢量场,使得路由的发现与建立遵循矢量场模型,从而寻求适合无线传感器网络的矢量有效能量路由。(4)论文提出了一种基于矢量场技术与网络编码技术的相交多径路由协议(Vector Field and Network Coding-Based Brain Multipath Routing,VNC_BMR)。该协议基本思想是在整个网络负载矢量化的基础上,结合网络编码技术,以更好地降低和平均节点能耗,均衡负载、延长网络生命期。详细的路由设计包括对源节点编码、路由发现、中间节点编码、汇聚节点解码等各个环节,每个环节都进行了详细的分析说明。(5)在OMNeT++仿真平台上建立仿真环境,配置仿真参数,对本文建立的基于矢量场与网络编码的不相交多径路由协议(VNC_DMR),和基于矢量场与网络编码的相交多径路由协议(VNC_BMR)分别进行了仿真研究。结果表明,无论是在单源单汇场景还是多源单汇场景下,本文设计的基于矢量场与网络编码的相交多径路由协议在成功交付率、冗余度、负载均衡、吞吐量、网络生存时间等各项指标上就具有较好的性能。本文仿真结果与理论研究较好吻合,从而证实了理论计算与分析的正确性,也验证了所提出的基于矢量场与网络编码的多径路由协议的正确性与优越性,为多径路由协议在无线传感器网络中的研究做出了有益的探索。